DE2814836C2

DE2814836C2 -

Info

Publication number: DE2814836C2
Application number: DE2814836A
Authority: DE
Inventors: Donal E. Elida Ohio Us Baker
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1978-04-06
Publication date: 1989-04-13
Also published as: US4156837A; FR2387553A1; DE2814836A1; CA1093639A; IT1105590B; GB1587595A; NL7803252A; FR2387553B1; JPS53127661A; IT7841561A0

Description

Die Erfindung betrifft eine statische Gleichstrom leistungssteuerung, mit einem Versorgungsanschluß zum Anschluß einer Gleichstromspannungsversorgung, einem Lastanschluß zum Anschluß einer Last, einem Haupt leistungsschalttransistor mit Basis-, Emitter- und Kollektorelektrode, wobei Emitter- und Kollektorelektrode zwischen Versorgungs- und Lastanschluß liegen, und mit einem Basisantriebsschaltkreis, der an dem Hauptleistungsschalttransistor angeschlossen ist, wobei der Basisantriebsschaltkreis auf den Spannungsabfall zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Lastanschluß reagiert, um die Höhe des Antriebsstromes für die Basiselektrode derart zu verändern, daß der Leistungsverbrauch im Basisantriebsschaltkreis minimiert wird, während gleichzeitig Sättigung des Hauptleistungsschalttransistors sichergestellt wird.The invention relates to a static direct current Power control, with a supply connection to Connection of a DC voltage supply, a Load connection for connection of a load, a main power switching transistor with base, emitter and Collector electrode, wherein emitter and collector electrode lie between supply and load connection, and with a base drive circuit connected to the main power switching transistor is connected, wherein the base drive circuit on the voltage drop between the Supply connection and the load connection reacts to the Height of the drive current for the base electrode so to change that power consumption in the base drive circuit is minimized while saturation of the main power switching transistor is ensured.

Eine derartige Gleichstromleistungssteuerung ist aus der DE-OS 23 21 781 bereits bekannt. Such DC power control is known from DE-OS 23 21 781 already known.

Derartige mit einem Transistor arbeitende statische Gleichstromleistungssteuerungen müssen nicht nur - um mit herkömmlichen elektromechanischen Einrichtungen, wie Relais, in Wettbewerb treten zu können - einen sehr geringen Leistungsverbrauch aufweisen, und zwar hinsichtlich der Gesamtanordnung, sondern sie müssen außerdem noch so aufgebaut sein, daß der in dem Schalter auftretende Spannungsabfall möglichst klein bleibt. Ein wichtiges Merkmal ist außerdem die Möglichkeit, die maximal in die Last fließende Strommenge auf einen bestimmten Wert zu begrenzen. Letzteres leisten mechanische Relais nicht mehr, jedenfalls nicht ohne komplizierte Zusatzeinrichtungen. Durch diese Begrenzung auf einen maximal in die Last fließenden Strom ergibt sich ein Schutz sowohl der Last wie auch der Spannungsquelle wie auch der Schaltung selber.Such working with a transistor static DC power controls do not just have to - with conventional electromechanical devices, such as Relay to be able to compete - a very have low power consumption, in terms of the overall arrangement, but they still have to be constructed so that the occurring in the switch Voltage drop remains as small as possible. An important Feature is also the possibility of maximum in the Last flowing amount of electricity to a certain value limit. The latter are not provided by mechanical relays more, at least not without complicated additional equipment. Due to this limitation to a maximum in the Last flowing current results in a protection of both the Load as well as the voltage source as well as the circuit himself.

Aus der DE-OS 17 62 278 ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Schalttransistors mit einer Einrichtung bekannt, die auf den Laststrom zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Lastanschluß reagiert, um die Höhe des maximalen Laststromes zu begrenzen, indem die Höhe des Antriebsstromes für die Basiselektrode auf einen maximalen Wert begrenzt wird. Auch der Aufsatz des Erfinders der vorliegenden Erfindung, erschienen unter dem Titel "Three Types of Solid State Remote Power Controllers" in der Zeitschrift Proceedings of the IEEE "Power Electronics Specialists Conference", Juni 1975, beschreibt einen transistorisierten statischen Gleichstromschalter mit einer Strombegrenzungseigenschaft. Insbesondere diese letztgenannte bekannte Anordnung hat den Vorteil, daß sich eine ausgezeichnete Stromsteuerung ergibt, die auch unabhängig von Schwankungen der Spannungsversorgung ist. Derartige Schaltkreise mit Strombegrenzung haben jedoch den Nachteil, daß sie einen unerwünschten Leistungsverbrauch bei Laststromzuständen besitzen, die unterhalb des Strombegrenzungspegels liegen.From DE-OS 17 62 278 a circuit arrangement for Protection of a switching transistor with a device known that on the load current between the supply terminal and the load port reacts to the height of the limit the maximum load current by the height of the Drive current for the base electrode to a maximum Value is limited. Also the essay of the inventor of the present invention, published under the title "Three Types of Solid State Remote Power Controllers "in the Journal Proceedings of the IEEE "Power Electronics Specialists Conference ", June 1975, describes one transistorized static DC switch with a current limiting feature. Especially this one the latter known arrangement has the advantage that An excellent current control results, too regardless of fluctuations in the power supply. However, such current limiting circuits have the disadvantage that they have an undesirable power consumption at load current conditions below the Current limiting level are.

Es gibt nun Anwendungen, bei denen beide Eigenschaften gefordert werden, nämlich eine Strombegrenzung sowie auch ein hoher Wirkungsgrad bei allen Laststromzuständen. Dabei sollen auch die Herstellungskosten niedrig bleiben und, insbesondere bei Verwendung in Flugzeugen, auf Kompaktheit und leichtes Gewicht Wert gelegt werden.There are now applications where both properties be required, namely a current limit as well a high efficiency in all load current conditions. there also the production costs should remain low and, especially when used in aircraft, on compactness and light weight value.

Aufgabe der Erfindung ist es, die statische Gleichstromleistungssteuerung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß nicht nur ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht wird, sondern auch die Eigenschaft der Strombegrenzung sowie auch ein hoher Wirkungsgrad bei Laststromzuständen sich ergibt. Dabei sollen auch die Herstellungskosten niedrig bleiben und ein kompakter und ein leichtes Gewicht aufweisender Gesamtaufbau möglich sein.The object of the invention is the static DC power control of the type mentioned above to improve that not only improved efficiency is reached, but also the property of current limitation as well as a high efficiency under load current conditions results. Here are the production costs stay low and a compact and one lightweight overall construction may be possible.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs, also dadurch, daß der Spannungabfall zwischen dem Versorgungsanschluß und dem Lastanschluß sich zusammensetzt aus dem Emitter-Kollektor-Spannungsabfall des Hauptleistungsschalttransistors und einer an einem stromabfühlenden, zwischen Emitter und Versorgungsanschluß liegenden Widerstand abfallenden Spannung, und daß der Basisantriebsschaltkreis einen Operationsverstärker umfaßt, der einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß aufweist, wobei der erste Anschluß an den Lastanschluß und der zweite Anschluß an eine Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist, und daß er ein Paar von Transistoren besitzt, die in Darlington-Anordnung miteinander verbunden sind, um den Antriebsstrom zur Basiselektrode des Hauptleistungsschalttransistors zu liefern, und daß der Operationsverstärker einen Ausgangsanschluß besitzt, der über das Paar von Transistoren an der Basiselektrode angeschlossen ist.The problem is solved by the characterizing features of the main claim, ie the fact that the voltage drop between the supply connection and the load connection itself composed of the emitter-collector voltage drop the main power switching transistor and one at a current sensing, between emitter and supply connection lying resistance voltage drop, and that of the Basic drive circuit an operational amplifier comprising a first and a second input terminal having the first terminal to the load terminal and the second terminal to a reference voltage source connected and that he has a couple of Transistors, which are in Darlington arrangement with each other connected to the drive current to the base electrode to provide the main power switching transistor, and that the operational amplifier has an output terminal owns, via the pair of transistors at the base electrode connected.

Durch die kombinierte Wirkung dieser Merkmale läßt sich zum einen die geforderte Strombegrenzungseigenschaft, gleichzeitig aber zum anderen der verbesserte Wirkungsgrad bei allen Laststromzuständen mit sehr einfachen Mitteln erreichen.Due to the combined effect of these features can be on the one hand the required current limiting property, but at the same time the improved efficiency at all load current conditions with very simple means to reach.

In weiteren Ansprüchen werden vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes beansprucht.In further claims advantageous embodiments claimed the subject invention.

Bei Anwendungen, bei denen Festkörperleistungssteuerungen besonders geeignet sind, wie beispielsweise bei Verwendung in Flugzeugen, ist ein besonders hoher Wirkungsgrad wichtig. Wird ein Schaltkreis derart betrieben, daß unter allen normalen, nicht überlasteten Bedingungen der volle Basisantriebsstrom fließt, was bedeutet, daß der Basisantriebsstrom vom Laststrom für alle Pegel, die unterhalb der Strombegrenzung liegen, unabhängig ist, betragen (bei vollem Nennlaststrom) die Antriebsverluste annäherndFor applications where solid state power controls are particularly suitable, such as in use in aircraft, is a particularly high efficiency important. If a circuit operated such that under all normal, not overloaded conditions the full Base drive current flows, which means that the base drive current from the load current for all levels below the current limit are independent, be (at full rated load current) approximates the drive losses

oder etwa 1% der Nennlast, wobei I _L und V _L Laststrom bzw. Versorgungsspannung und β der Gewinn der Transistorleistungsschaltung (hier mit ungefähr 100 angenommen) ist. Dies führt zu einem Wirkungsgrad von nicht mehr als etwa 99% bei voller Last. Berücksichtigt man noch andere Verluste wie beispielsweise den Sättigungsspannungsabfall, erreichen die Gesamtverluste etwa 2 bis 3% der vollen abgegebenen Leistungslast, was zu einem realen Wirkungsgrad von 97 bis 98% bei Nennlast für ein typisches 28-Volt-Gleichstromsystem führt. Dieses Betriebsverhalten ist für die Betriebsweise bei normaler Vollast ausreichend, bei verringerten Laststrompegeln wird jedoch der Wirkungsgrad sehr schlecht.or about 1% of the rated load, where I _L and V _{L are} load current and β is the gain of the transistor power circuit (here assumed to be approximately 100). This results in an efficiency of not more than about 99% at full load. Considering other losses such as saturation voltage drop, the total losses reach about 2 to 3% of the full output power load, resulting in a 97 to 98% real efficiency at rated load for a typical 28 volt DC system. This performance is sufficient for normal full load operation, but with reduced load current levels the efficiency becomes very poor.

Bei beispielsweise nur 10% des Nennlaststromes verbleibt der Antriebsverlust auf einer festen Größe, ist also 10mal größer bezüglich des nunmehr reduzierten Stromes im Vergleich zur vollen Last. Diese angestiegenen Verluste repräsentieren nunmehr ungefähr 10% der abgegebenen Lastleistung, so daß der maximal erreichbare Wirkungsgrad jetzt weniger als 90% beträgt. Der normale Betrieb einer Festkörperleistungssteuerung erfordert häufig die Anwendung eines Stromes, der unterhalb der vollen Last liegt, so daß die Vermeidung dieser Wirkungsgradverschlechterung bei Betriebsweise unterhalb der Nennleistung einen erheblichen Vorteil darstellt.For example, only 10% of the rated load current remains the drive loss on a fixed size, so is 10 times greater in terms of the now reduced current in Comparison to the full load. These increased losses now represent about 10% of the delivered load power, so that the maximum achievable efficiency now less than 90%. The normal operation of a Solid state power control often requires application a stream below the full load so that avoidance of this efficiency deterioration in operation below the rated power represents a significant advantage.

Es hat sich gezeigt, daß die Verluste bei der erfindungsgemäßen Schaltung bei etwa 1% des Laststromes bleiben, unabhängig von der Größe des Laststromes. Zwar können zufällige andere Verluste der übrigen Schaltkreiskomponenten den Gesamtwirkungsgrad weiter herabdrücken, gleichwohl wird ein gleichförmiger hoher Wirkungsgrad erreicht, als es beim Stand der Technik und auch bei anderen bekannten Schaltkreisen der Fall ist, wobei nur mit geringfügigem zusätzlichen Aufwand an Schaltkreisbauteilen gegenüber dem Stand der Technik gearbeitet werden muß.It has been shown that the losses in the inventive Circuit remain at about 1% of the load current, regardless of the size of the load current. Although random other losses of the remaining circuit components further depress the overall efficiency, nonetheless a uniform high efficiency is achieved than it in the prior art and in other known Circuits are the case, with only minor ones additional expense of circuit components over the Prior art must be worked.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.The invention will be described below with reference to exemplary embodiments explained in more detail that shown in the drawings are.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer statischen Gleichstromleistungssteuerung gemäß der Erfindung; und Fig. 1 is a schematic circuit diagram of a static DC power control according to the invention; and

Fig. 2 ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer weiteren Ausführungsform. Fig. 2 is a schematic circuit diagram of another embodiment.

In Fig. 1 ist der für die vorliegende Erfindung wichtige Teil einer statischen Gleichstromleistungssteuerung dargestellt, bestehend aus einem Transistorleistungsschalter Q 1, der Emitterelektrode 10, Basiselektrode 11 und Kollektorelektrode 12 aufweist, wobei Emitter- und Kollektorelektrode zwischen Versorgungs- und Lastanschluß 14 bzw. 15 liegen.In Fig. 1, the important part of the present invention, a static DC power control is shown, consisting of a transistor power switch Q 1 , the emitter electrode 10 , base electrode 11 and collector electrode 12 , wherein the emitter and collector electrode between the supply and load terminal 14 and 15 are ,

Der Leistungsschalter Q 1 ist aus Vereinfachungsgründen in Fig. 1 als einzelnes Transistorelement dargestellt. Es ist jedoch klar, daß zusätzliche Elemente mit Q 1 verbunden werden können, die gemeinsam den Basisantrieb aufnehmen. Beispielsweise wird in der US-Patentschrift 38 98 552 ein Gleichstromschalter gezeigt, der eine Kombination aus zwei Transistoren darstellt, zusätzlich zum Hauptschalter, um die Fähigkeit zum Durchlassen von Spitzenströmen zu verbessern. Eine derartige Anordnung ist auch für eine Leistungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung von Nutzen.The circuit breaker Q 1 is shown for simplicity in Fig. 1 as a single transistor element. However, it will be appreciated that additional elements can be connected to Q 1 which collectively receive the base drive. For example, U.S. Patent No. 3,898,552 shows a DC switch that is a combination of two transistors, in addition to the main switch, to improve the ability to pass peak currents. Such an arrangement is also useful for power control according to the present invention.

An der Basiselektrode des Leistungsschalters Q 1 ist ein Basis antriebsschaltkreisteil angeschlossen. Der Basisantriebsschaltkreisteil besitzt zwei prinzipielle Teile, die zueinander in Beziehung stehen. Der eine Teil, der aus dem Verstärker Z 1 und den zugehörigen Bauteilen besteht, dient zur Lieferung einer Strombegrenzung gemäß bisher bekannter Praxis. Der andere Teil, bestehend aus Verstärker Z 2 und zugehörigen Bauteilen, dient zur Einsparung von Leistung bei verringerten Lastströmen.At the base electrode of the circuit breaker Q 1 , a base drive circuit part is connected. The basic drive circuit part has two principal parts that are related to each other. The one part, which consists of the amplifier Z 1 and the associated components, serves to provide a current limit according to previously known practice. The other part, consisting of amplifier Z 2 and associated components, is used to save power at reduced load currents.

Bezugsspannungen für jedes Teil des Basisantriebsschaltkreises werden von einem Widerstandsnetzwerk 16 mit Widerständen R 2, R 3, R 6 und R 7 erzeugt. Serienpaare R 2-R 3 und R 6-R 7 sind jeweils über einer Spannungsbezugszenerdiode D angeschlossen. Die Zenerdiode D ist zwischen dem Versorgungsanschluß 14 und Massepotential über einen Widerstand R 9 angeschlossen. Eine Anzapfung zwischen den Widerständen R 2 und R 3 liefert eine strombegrenzende Bezugsspannung auf Leitung 18 für einen Eingang, dem nichtinvertierenden Eingang des strombegrenzenden Steueroperationsverstärkers Z 1.Reference voltages for each part of the base drive circuit are generated by a resistor network 16 with resistors R 2 , R 3 , R 6, and R 7 . Series pairs R 2 - R 3 and R 6 - R 7 are each connected across a voltage reference diode D. The Zener diode D is connected between the supply terminal 14 and ground potential via a resistor R 9 . A tap between resistors R 2 and R 3 provides a current limiting reference voltage on line 18 for one input, the non-inverting input of current limiting control operational amplifier Z 1 .

Am Mittelabgriff zwischen R 6 und R 7 wird auf Leitung 20 die Bezugsspannung für die Leistungsschaltersättigungssteuerung für den Leistungseinsparverstärker Z 2 am invertierenden Anschluß von Z 2 erzeugt.At the center tap between R 6 and R 7 on line 20, the reference voltage for the power switch saturation control for the power saving amplifier Z 2 at the inverting terminal of Z 2 is generated.

Zwischen dem Versorgungsanschluß 14 und dem Emitter 10 von Q 1 ist ein stromabfühlender Nebenschlußwiderstand Z 1 angeschlossen. Eine Leitung 22 ist von einem Punkt zwischen R 1 und Q 1 zum invertierenden Eingangsanschluß von Z 1 geführt. Z 1 besitzt Vorspannungsanschlüsse, die jeweils mit dem Versorgungsanschluß bzw. Masse verbunden sind.Between the supply terminal 14 and the emitter 10 of Q 1 , a current-sensing shunt resistor Z 1 is connected. A line 22 is led from a point between R 1 and Q 1 to the inverting input terminal of Z 1 . Z 1 has bias terminals which are respectively connected to the supply terminal and ground.

Der Ausgangsanschluß von Z 1 liegt an der Basis des Transistors Q 3. Der Kollektor von Q 3 ist über Widerstand R 10 an Masse angeschlossen und auch an die Basis des Transistors Q 2 gelegt.The output terminal of Z 1 is at the base of the transistor Q 3 . The collector of Q 3 is connected through resistor R 10 to ground and also connected to the base of transistor Q 2 .

Der Basisantriebsstrom I _B von Q 1 läuft bei der dargestellten Polarität durch den Basiswiderstand R _B zum Kollektor von Q 2 wie auch zum Emitter von Q 5, der in einer Darlington-Anordnung mit Transistor Q 4, R 4 und R 5 - das sind deren Emitterbasiswiderstände - liegt. Der Leistungseinsparverstärker Z 2 ist mit seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß an dem Schaltkreislastanschluß angeschlossen. Der Ausgangsanschluß von Z 2 liegt über Widerstand R 8 an der Basis von Q 4.The base drive current I _B of Q 1 runs in the illustrated polarity through the base resistor R _B to the collector of Q 2 as well as to the emitter of Q 5 , in a Darlington arrangement with transistor Q 4 , R 4 and R 5 - these are their Emitter base resistors - is. The power- saving amplifier Z 2 is connected with its non-inverting input terminal to the circuit load terminal. The output terminal of Z 2 is across resistor R 8 at the base of Q 4 .

Die Schleife, die den Verstärker Z 2 umfaßt, ermöglicht es, daß der Basisantriebsstrom I _B sich mit dem Laststrom über einen Bereich ändert, der von nahezu keiner Last bis zu dem Strombegrenzungspegel reicht. Die Antriebsverluste sind nun nahezu gleich der Umkehrung des Sättigungsgewinns von Q 1 bei jeder Höhe des Laststromes, einschließlich Teillastströmen. Da der Gewinn von Q 1 nahezu konstant ist und ungefähr 100 beträgt, werden die Antriebsverluste aufgrund von I _B auf etwa 1% plus zufälligen weiteren Verlusten, die durch die zusätzlichen Schaltkreiskomponente entstehen, fixiert.The loop comprising the amplifier Z 2 allows the base drive current I _B to vary with the load current over a range that ranges from virtually no load to the current limit level. The drive losses are now nearly equal to the inverse of the saturation gain of Q 1 at each level of the load current, including partial load currents. Since the gain of Q 1 is nearly constant and is about 100, drive losses due to I _B are fixed at about 1% plus random additional losses caused by the additional circuit component.

Der Widerstand des Stromabfühlnebenschlußwiderstandes R 1 und der strombegrenzenden Bezugsspannung, die von R 2 und R 3 geliefert wird, sind so gewählt, daß sie eine differenzielle Eingangsspannung von Null an den Eingängen von Z 1 liefern, wenn der Punkt der Strombegrenzung erreicht ist. Für Lastströme unterhalb des Strombegrenzungspegels veranlaßt die differenzielle Eingangsspannung Z 1, sich zu ihrer negativen Versorgungsschiene zu sättigen, das ist in diesem Falle Masse. Infolgedessen wird für den normalen, nicht strombegrenzenden Zustand Q 3 gesättigt und braucht daher bezüglich des Betriebs des Leistungseinsparverstärkers Z 2 nicht berücksichtigt zu werden.The resistance of the current sense shunt resistor R 1 and the current limiting reference voltage provided by R 2 and R 3 are selected to provide a zero differential input voltage at the inputs of Z 1 when the point of current limiting is reached. For load currents below the current limit level, the differential input voltage Z 1 causes it to saturate to its negative supply rail, which in this case is ground. As a result, for the normal, non-current limiting state Q 3 is saturated and therefore need not be considered with respect to the operation of the power saving amplifier Z 2 .

Die Sättigungsspannung von Q 1 wird zu dem Leistungsschalter sättigungsspannungsbezug über Z 2, Q 2, Q 4 und Q 5 gesteuert. Diese Sättigungsspannung ist nahezu gleich (tatsächlich etwas größer) als die klassische Sättigungsspannungshöhe von Q 1. Für einen Transistor Q 1 der Bauart 2N 6331 erfüllt ein Wert von 0,35 Volt Gleichspannung bei 1 Ampere diese Anforderung. Wenn der Laststrom abfällt, verringert sich der Strom I _B, der notwendig ist, um Q 1 auf 0,35 Volt zu erhalten, wodurch sich der gewünschte variable Basisantrieb für maximalen Wirkungsgrad ergibt. In ähnlicher Weise wird bei ansteigendem Laststrom der Basisantriebsstrom I _B gezwungen, über Z 2 anzusteigen, bis der Strombegrenzungspegel erreicht ist. An diesem Punkt wird die Strommeßnebenschlußspannung auf Leitung 22 die Strombegrenzungsbezugsspannung auf Leitung 18 überschreiten und der Ausgang von Z 1 wird positiv gemacht in eine Richtung, durch die I _B verringert wird. Wird I _B unter diesen Bedingungen verringert, bewirkt dies, daß die Q 1-Sättigungsspannung ihren Bezugswert überschreitet, so daß Z 2 an die negative Versorgungsschiene gesättigt wird, die in diesem Falle Masse darstellt, wodurch Q 4 und Q 5 gesättigt werden. Infolgedessen wird der Schaltkreis umschalten und Q 1 vollständig durch Z 1 über Q 2 und Q 3 in einer Weise gesteuert, daß der maximale Laststromfluß auf den Strombegrenzungspegel begrenzt wird, unabhängig von der Überlastimpedanz. Die Leistungssteuerung wird in diesem Strombegrenzungsbetrieb verbleiben, bis entweder die Überlast entfernt wird und der Laststrom in den normalen Bereich zurückkehrt, oder bis die Leistungssteuerung abgeschaltet wird.The saturation voltage of Q 1 is controlled to the power switch saturation voltage reference via Z 2 , Q 2 , Q 4 and Q 5 . This saturation voltage is almost equal (actually slightly larger) than the classical saturation voltage level of Q 1 . For a transistor Q 1 of type 2N 6331, a value of 0.35 volts DC at 1 ampere meets this requirement. As the load current drops, the current I _B required to obtain Q 1 at 0.35 volts decreases, giving the desired variable base drive for maximum efficiency. Similarly, as the load current increases, the base drive current I _{B is} forced to rise above Z 2 until the current limit level is reached. At this point, the current parasitic voltage on line 22 will exceed the current limit reference voltage on line 18 and the output of Z 1 will be made positive in a direction that reduces I _B. If I _{B is} reduced under these conditions, it causes the Q 1 saturation voltage to exceed its reference level so that Z 2 saturates the negative supply rail, which in this case represents ground, saturating Q 4 and Q 5 . As a result, the circuit will switch and Q 1 will be completely controlled by Z 1 via Q 2 and Q 3 in a manner that limits the maximum load current flow to the current limit level, regardless of the overload impedance. The power control will remain in this current limiting operation until either the overload is removed and the load current returns to the normal range or until power control is turned off.

In bestimmten Sinne ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Leistungssteuerung einen variablen Basisantrieb für normale Betriebslastströme liefert, mit einem Überspielmerkmal, das durch den Strombegrenzungsteil des Basisantriebsschaltkreises geliefert wird, der die Laststromgröße auf einen Maximalwert festgelegt und den variablen Basisantriebsteil des Schaltkreises abschaltet.In certain sense, it can be seen that the inventive Power control a variable basic drive for normal Operational load flows, with a dubbing feature, the by the current limiting part of the base drive circuit is delivered, the load current magnitude to a maximum value and the variable base drive part of the circuit off.

Fig. 2 ist ein Schaltkreisdiagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung, einschließlich der Elemente, die in Fig. 1 bereits gezeigt wurden, mit zusätzlichen Schaltkreiselementen, von denen angenommen wird, daß sie nicht in Einzelheiten erläutert werden müssen, die aber dargestellt sind, um ein genau ausgeführtes Beispiel der Erfindung zu liefern. Derartige Schaltkreise wurden hergestellt und getestet für einen Betrieb bei 3 Ampere und 28 Volt Gleichstrom, wobei es sich um Festkörperleistungssteuerungen handelt. Die folgende Tabelle gibt die Bauteile wieder, die bei derartigen Leistungssteuerungen verwendet wurden, wobei selbstverständlich nur Beispielswerte dargestellt werden. Fig. 2 is a circuit diagram of another embodiment of the invention, including the elements already shown in Fig. 1, with additional circuit elements, which are assumed to be non-descriptive but shown to be to provide detailed example of the invention. Such circuits have been manufactured and tested for operation at 3 amps and 28 volts DC, which are solid state power controls. The following table shows the components that have been used in such power controls, of course, only example values are shown.

Bauteile, die in sowohl Fig. 1 als auch Fig. 2 dargestellt sindComponents that are shown in both Fig. 1 and Fig. 2 Bauteilcomponent Identifizierungidentification Transistor Q 1|2N 6331Transistor Q 1 | 2N 6331 Transistor Q 2 Transistor Q 2 2N 56812N 5681 Transistoren Q 3, Q 4, Q 5 Transistors Q 3 , Q 4 , Q 5 2N 54002N 5400 Operationsverstärker Z 1 und Z 2 Operational amplifier Z 1 and Z 2 101A 101 A Zenerdiode D Zener diode D 6,45 V6.45 V Widerstand R _B Resistance R _B 350 Ohm350 ohms Widerstand R 1 Resistor R 1 50 mV bei 3 A, 2% Nebenschluß50 mV at 3 A, 2% shunt Widerstand R 2 Resistor R 2 8,5 Kiloohm8.5 kilohms Widerstand R 3 Resistor R 3 150 Kiloohm150 kilohms Widerstand R 4 Resistance R 4 82,5 Kiloohm82.5 kilohms Widerstände R 5 und R 8 Resistors R 5 and R 8 1 Megaohm1 megohm Widerstand R 6 Resistor R 6 402 Ohm402 ohms Widerstand R 7 Resistor R 7 37,4 Kiloohm37.4 kilohms Widerstand R 9 Resistor R 9 5,11 Kiloohm5.11 kilo ohms Widerstand R 10 Resistor R 10 8,25 Kiloohm8.25 kilohms Widerstand R 11 (Teile A und B)Resistor R 11 (parts A and B) 332 bzw. 100 Ohm332 or 100 ohms

Die folgenden zusätzlichen Bauteile und Beispielswerte dafür werden zum besseren Verständnis der Fig. angegeben:The following additional components and example values are given for a better understanding of the figure :

1. CR 103 (39 V) and R 123 (249 ohms): suppression of voltage spikes for the power supply of Z 1 and Z 2 .
2. R 104 (422 ohms) and C 101 (3.3 mF): load current rise time (d i / d t) control when power control is turned on.
3. R 122 (100 kilohms), R 110 (68.1 kilohms), and Q 106 (2N 3019): The power control turn-on and turn-off is achieved by this circuit used in conjunction with R 104 , Z 1 and the current limit reference voltage ( 20 ) works. A high input at R 122 turns off power control, while a low input turns power control on.
4. Z 104 C (4011), R 126 (47.5 kilohms) and Q 107 (2N 3019): This is a circuit for improving the efficiency of the reference circuit (D, R 2 , R 3 , R 6 , R 7 ) turns off when the power control is turned off to conserve power.
5. R 105 (200 ohms), R 106 (10 megohms), C 103 (150 pF), and C 104 (5 pF): Compensation circuit for gain and stability control of Z 1 (and current limiting loop).
6. R 112 (1 megohm), R 118 (1 megohm) and CR 107 (1N 495B): Differential input voltage protection for Z 2 when power control is off.
7. C 106 (20 pF), C 108 (100 pF, 100V) and C 109 (220 pF): Compensation circuit for gain and stability control of Z 2 (and voltage control loop).
8. C 105 (0.01 mF, 100 V): Power supply shunt capacitor for stability of Z 1 and Z 2 .
9. C 201 (2.2 mF) and R 201 (5.11 kiloohms): Compensation circuit to stabilize the current-limiting loop. Also controls the load current falloff time (d i / d t) when power control is turned off. Also limits the peak overshoot current (for applied low impedance errors) above the quiescent current limiting level.
10. Q 201 (2N 5679) and Q 202 (2N 5681): "Gain" circuit for increasing the gain of the circuit breaker Q 1 when it is not in saturation, ie current limiting, turns on or off, see US-PS 38 98 552.
11. C 202 (mF), R 11 A : Compensation circuit for circuit breaker stability near the cut-off point.

Aus den dargestellten Anordnungen wird deutlich werden, daß derartige Leistungssteuerungen mit verschiedenen anderen Nennwerten hergestellt werden können, beispielsweise für 5, 7,5 10, 15 und 20 Ampere, bei 28 Volt Gleichstrom.From the arrangements shown it will be clear that Such power controllers with various other nominal values can be prepared, for example, 5, 7.5 10, 15 and 20 amperes, at 28 volts DC.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Schaltkreises, insbesondere der der Fig. 2, unterscheidet sich vorteilhaft gegenüber dem einer Schaltung, die ansonsten die gleichen Bedingungen und Bauteile aufweist, mit der Ausnahme, daß sie die Leistungs einsparmodifikation (Z 2 und zugehörige Bauteile) nicht aufweist. Dies zeigt die folgende Tabelle, in der die Variationen des Leistungsverbrauchs und des Wirkungsgrades sowohl für einen bekannten Schaltkreis als auch für den erfindungsgemäßen Leistungssteuerkreis gezeigt sind. Die Tabelle zeigt deutlich die viel größere Gleichförmigkeit und den höheren Wirkungsgrad des Betriebs beim erfindungsgemäßen Leistungssteuerkreis, und war über einen relativ weiten Bereich von Lastströmen, verglichen mit dem bekannten Schaltkreis. The operation of the circuit according to the invention, in particular that of Fig. 2, differs advantageous over that of a circuit which otherwise has the same conditions and components, with the exception that it does not have the power saving modification (Z 2 and associated components). This is shown in the following table, which shows the variations in power consumption and efficiency for both a known circuit and the power control circuit according to the invention. The table clearly shows the much greater uniformity and higher efficiency of operation in the power control circuit of the present invention, and was over a relatively wide range of load currents as compared to the prior art circuit.

Tabelle 1 Table 1

Vergleich der Wirkungsweise bei 3 Ampere, 28 Volt Gleichstrom, unter Verwendung eines Festkörperleistungssteuerkreises mit und ohne Leistungseinsparmodifikation Comparison of the operation at 3 amps, 28 volts DC, using a solid state power control circuit with and without power saving modification

Claims

1. Static DC power control, with a supply terminal ( 14 ) for connecting a DC power supply (+ V _L ), a load terminal ( 15 ) for connecting a load (R _L ), a main power switching transistor (Q 1 ) with base ( 11 ), Emitter ( 10 ) and collector electrode ( 12 ), the emitter ( 10 ) and collector ( 12 ) electrodes being between the supply ( 14 ) and load ( 15 ) terminals, and a base drive circuit connected to the main power switching transistor (Q 1 ) wherein the base drive circuit is responsive to the voltage drop between the supply terminal ( 14 ) and the load terminal ( 15 ) to vary the amount of drive current for the base electrode such that power consumption in the base drive circuit is minimized while saturating the main power switching transistor (Q 1 ). is ensured, characterized in that the voltage drop between the Versorgungsans STATEMENTS (14) and the load terminal (15) is composed of the emitter-collector voltage drop of the main power switching transistor (Q 1) and one at a current sensing, between the emitter (10) and supply terminal (14) lying resistor (R 1) falling voltage, and in that the basic drive circuit comprises an operational amplifier (Z 2 ) having first and second input terminals, the first terminal connected to the load terminal ( 15 ) and the second terminal connected to a reference voltage source ( 14 , D , R 9 , R 6 , R 7 ) and having a pair of transistors (Q 4 , Q 5 ) connected in Darlington arrangement to provide the drive current to the base electrode of the main power switching transistor, and the operational amplifier (Z 2 ) having an output terminal which is connected to the base electrode via the pair of transistors (Q 4 , Q 5 ).

A static DC power control according to claim 1, characterized in that the basic drive circuit comprises means (Z 1 ) responsive to the load current (voltage drop across R 1 ) between the supply terminal ( 14 ) and the load terminal ( 15 ) to reach the maximum level Limit load current by the height of the drive current for the base electrode is limited to a predetermined maximum value.

3. Static DC power controller according to claim 2, characterized in that the base driving circuit comprises a further operational amplifier having a first and a second input terminal, wherein the first (18, Fig. 1;. 20, Fig 2) connection to a reference voltage source (14 , D, R 9, R 2, R (3) and the second terminal 22) (at the emitter (10) of the main power switching transistor Q 1) is connected, and that the further operational amplifier having an output terminal (at the base of a transistor Q 3 ) is connected to base, emitter and collector electrodes, which is connected with its collector electrode via a resistor (R 10 ) to a reference potential (ground) and its emitter electrode connected to the collector electrodes of the pair of transistors (Q 4 , Q 5 ) is connected in Darlington arrangement.

4. Static DC power controller according to claim 3, characterized in that at the base electrode (11) of the main power switching transistor (Q 1) or the collector of a further base, emitter and collector electrodes having transistor (Q 2) is applied, an emitter connected to a reference potential (Ground) and whose base is applied to the collector of the further operational amplifier (Z 1 ) driven transistor (Q 3 ).

5. Static DC power control according to one of claims 1 to 4, characterized in that the drive current for the main power switching transistor ( Q 1 ) via a base resistor (R _B ) is supplied.

A static DC power control according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the main power switching transistor (Q 1 ) is a circuit (Q 201 , Q 202 ) for increasing the gain of the main power switching transistor (Q 1 ) when it is not in saturation (ie current limiting) is assigned.